Bewehrungskonzepte beim 3D-Druck von Konstruktionsbeton

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dirk Lowke;
TU Braunschweig
D.Lowke@
ibmb.tu-bs.de

Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Christoph Gehlen;
TU München

Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Harald Kloft;
TU Braunschweig
h.kloft@
tu-braunschweig.de

Der Beton-3D-Druck stellt eine digitale Fertigungstechnologie dar, die der Bauindustrie grundlegend neue Gestaltungsfreiheiten sowie die Möglichkeit eines ressourceneffizienten Bauens bietet. Um jedoch das Potenzial dieser Technologie auszuschöpfen, stellt die Integration der Bewehrung einen entscheidenden Schritt dar. Durch die Entwicklung kombinierter additiver Fertigungsverfahren für Beton und Bewehrung können eine lastpfadgerechte Bewehrungsführung sowie der Verzicht auf konstruktive Montagebewehrung und somit die Reduktion des statisch nicht erforderlichen Materials realisiert werden [1,2]. Im Unterschied
zu den schalungsbasierten Betonbauweisen besteht beim Beton-3D-Druck
die Möglichkeit, den schichtweisen Materialaufbau als Stützkonstruktion für die Positionierung der Bewehrung zu nutzen. Somit kann unterschieden
werden zwischen (a) vorlaufenden Betondruckprozessen, die die Möglichkeit des Einbringens von Bewehrung durch Ablegen, Abrollen, Einstreuen oder Einstecken bieten (Beton stützt Bewehrung), (b) vorlaufenden Bewehrungsprozessen, die formgebend für die additiven Betondruckprozesse sein können (Bewehrung stützt Beton) oder (c) die simultane, parallele additive
Fertigung von Beton und Bewehrung [1,2,3,4,5]. Im Vortrag werden die Herausforderungen und Potenziale der Integration von Bewehrungselementen in die bestehenden additiven Fertigungsverfahren thematisiert. Es werden
Einblicke in den aktuellen Stand der Forschung sowie in Erkenntnisse laufender Forschungsarbeiten gegeben. Erste Untersuchungen zur Integration von Bewehrungsstäben verdeutlichen, dass die Rheologie des Betons sowie die Art der Bewehrung einen signifikanten Einfluss auf das Verbundverhalten [3] und die Biegezugfestigkeit [4] aufweisen. Auch durch die Art der Bewehrungsintegration, wie das Eindrehen der Stäbe, können signifikante Verbesserungen des Verbundes erzielt werden [3]. Bei Kombination des „Wire and Arc Additive Manufacturing“ mit dem Beton-3D-Druck stehen
u.a. der Einfluss der Schweißprozesstemperatur auf den gedruckten Beton
sowie geeignete Kühlstrategien im Fokus aktueller Forschungen [5].

References / Literatur

[1] Kloft, H.; Empelmann, M.; Hack, N.; Herrmann, E.; Lowke, D. Bewehrungsstrategien für den Beton- 3D-Druck. Beton- und Stahlbetonbau. 2020, 115: 607-616. https://doi.org/10.1002/best.202000032.

[2] Kloft, H.; Empelmann, M.; Hack, N; Herrmann, E.; Lowke, D. Reinforcement strategies for 3D-concrete-printing. Civil Engineering Design. 2020; 2: 131-139.

[3] Freund, N.; Dressler, I.; Lowke, D. Studying the Bond Properties of Vertical Integrated Short Reinforcement in the Shotcrete 3D Printing Process. In Second RILEM Int. Conf. on Concrete and Digital Fabrication; Bos, F.P., Lucas, S.S., Wolfs, R.J.M., Salet, T.A.M., Eds.: Springer International Publishing: Cham, 2020, pp. 612-621.

[4] Matthäus, C.; Kofler, N.; Kränkel, T.; Weger, D.; Gehlen, C. Interlayer Reinforcement Combined with Fiber Reinforcement for Extruded Lightweight Mortar Elements. Materials 2020, 13, 4778.

[5] Weger, D.; Baier, D.; Straßer, A.; Prottung, S.; Kränkel, T.; Bachmann, A.; Gehlen, C.; Zäh, M. Reinforced Particle-Bed Printing by Combination of the Selective Paste Intrusion Method with Wire and Arc Additive Manufacturing – A First Feasibility Study. In Second RILEM Int. Conf. on Concrete and Digital Fabrication; Bos, F.P., Lucas, S.S., Wolfs, R.J.M., Salet, T.A.M., Eds.: Springer International Publishing: Cham, 2020, pp. 978-987.

Co-Autoren: Niklas Freund, TU Braunschweig, Carla Matthäus, TU München